[发明专利]神经元晶体管结构及其制备方法

权利要求书

1.一种神经元晶体管结构，其特征在于，包括：

半导体衬底；

绝缘层，位于所述半导体衬底之上；

碳纳米管栅阵列，位于所述绝缘层上，包括阵列排布的多个作为栅电极的碳纳米管，所述碳纳米管栅阵列采用金属性碳纳米管；

栅电位调制结构，位于所述碳纳米管栅阵列上，由下至上依次包括第一介电层、电位调制层和第二介电层，所述第一介电层覆盖每个碳纳米管的表面，通过改变所述电位调制层的状态来调制沟道电位；

半导体沟道，位于所述栅电位调制结构之上，采用二维半导体材料；

源接触电极和漏接触电极，分别位于所述碳纳米管栅阵列两端，并分别与所述半导体沟道连接。

2.根据权利要求1所述的神经元晶体管结构，其特征在于：所述神经元晶体管结构还包括分别引出所述多个碳纳米管的多个栅接触电极。

3.根据权利要求1所述的神经元晶体管结构，其特征在于：所述半导体衬底为硅衬底。

4.根据权利要求1所述的神经元晶体管结构，其特征在于：所述绝缘层为氧化硅。

5.根据权利要求1所述的神经元晶体管结构，其特征在于：每个碳纳米管的管径为0.75～3nm，长度为100nm～50μm。

6.根据权利要求1所述的神经元晶体管结构，其特征在于：所述碳纳米管的数量为3个以上。

7.根据权利要求1所述的神经元晶体管结构，其特征在于：所述栅电位调制结构中，所述第一介电层和所述第二介电层的材料为ZrO₂。

8.根据权利要求1所述的神经元晶体管结构，其特征在于：所述栅电位调制结构中，所述电位调制层的材料为多晶硅。

9.根据权利要求1所述的神经元晶体管结构，其特征在于：所述栅电位调制结构的厚度为2-100nm。

10.根据权利要求1所述的神经元晶体管结构，其特征在于：所述半导体沟道采用的二维半导体材料为MoS₂、WS₂、ReS₂或SnO。

11.根据权利要求1所述的神经元晶体管结构，其特征在于：所述半导体沟道的表面覆盖有钝化层。

12.一种如权利要求1-11任一项所述的神经元晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成绝缘层；

在所述绝缘层上形成碳纳米管栅阵列，所述碳纳米管栅阵列包括阵列排布的多个作为栅电极的碳纳米管；

在所述多个碳纳米管上形成栅电位调制结构，所述栅电位调制结构由下至上依次包括第一介电层、电位调制层和第二介电层；

在所述栅电位调制结构上采用二维半导体材料形成半导体沟道；

在所述半导体沟道上覆盖钝化层；

形成分别位于所述碳纳米管栅阵列两端与所述半导体沟道连接的源接触电极和漏接触电极，以及分别引出所述多个碳纳米管的多个栅接触电极。

13.根据权利要求12所述的神经元晶体管结构的制备方法，其特征在于：形成所述源接触电极和漏接触电极的方法包括步骤：分别在所述碳纳米管栅阵列两端的上方刻蚀表面钝化层，形成开口露出所述半导体沟道的顶部，然后在所述开口中填充导电材料，形成源接触电极和漏接触电极。

14.根据权利要求12所述的神经元晶体管结构的制备方法，其特征在于：形成多个栅接触电极的方法包括步骤：刻蚀形成多个通孔以分别露出所述多个碳纳米管，然后在所述通孔中填充导电材料，形成多个栅接触电极。